JP2023039296A - Abnormality determination apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、異常判定装置に関する。 The present invention relates to an abnormality determination device.
従来、プラズマ生成装置と排気中のHCを還元剤としてNOxを還元するNOx選択還元触媒とを排気通路に配置して構成された排気浄化システムにおいて、NOx濃度検出手段の検出値、およびNH3濃度検出手段の検出値に基づいて、排気中のNOx濃度が第1濃度以上かつ排気中のNH3濃度が第2濃度未満の場合にプラズマ生成装置の故障を判定することが知られている(例えば、特許文献1)。 Conventionally, in an exhaust purification system configured by arranging a plasma generation device and a NOx selective reduction catalyst that reduces NOx using HC in the exhaust as a reducing agent in the exhaust passage, the detection value of the NOx concentration detection means and the NH 3 concentration It is known to determine failure of the plasma generator when the NOx concentration in the exhaust gas is equal to or higher than a first concentration and the NH 3 concentration in the exhaust gas is lower than a second concentration based on the detection value of the detection means (for example, , Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載された技術によれば、プラズマ生成装置の異常を判定するためには、排気中のNOx濃度とNH3濃度の双方を検出する必要がある。このため、NOxセンサとNH3センサの2つのセンサが必要となり、プラズマ生成装置の異常を判定するための部品点数が増えることから、製造コストが増大する問題がある。 However, according to the technique described in Patent Document 1, it is necessary to detect both the NOx concentration and the NH 3 concentration in the exhaust gas in order to determine the abnormality of the plasma generation device. For this reason, two sensors, the NOx sensor and the NH3 sensor, are required, and the number of parts for determining abnormality of the plasma generator increases, resulting in an increase in manufacturing cost.
また、上記特許文献1に記載された技術によれば、NOxとNH3の両方の濃度検出を行わないと、プラズマ生成装置の故障か触媒の故障か判別ができない問題がある。換言すれば、排気中のNOx濃度とNH3濃度のいずれか一方のみを用いた場合は、プラズマ生成装置とHC選択還元触媒のいずれが異常であるか判定できない問題がある。したがって、上記特許文献1に記載された技術は、プラズマ生成装置の異常検出のための構成を簡素化する観点からは改善の余地がある。 Further, according to the technique described in Patent Document 1, there is a problem that it is not possible to determine whether the plasma generating device or the catalyst is malfunctioning unless the concentrations of both NOx and NH3 are detected. In other words, if only one of the NOx concentration and the NH 3 concentration in the exhaust gas is used, there is a problem that it cannot be determined which of the plasma generator and the HC selective reduction catalyst is abnormal. Therefore, the technique described in Patent Literature 1 has room for improvement from the viewpoint of simplifying the configuration for detecting an abnormality in the plasma generation device.
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、簡素な構成で排気通路に設けられるプラズマ生成装置の異常を判定することが可能な異常判定装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present disclosure is to provide an abnormality determination device capable of determining abnormality of a plasma generation device provided in an exhaust passage with a simple configuration.
本開示の要旨は以下のとおりである。
(1) 内燃機関の排気通路に設けられたプラズマ生成装置であって電圧が印加されると放電によりプラズマを生成して排気を浄化する該プラズマ生成装置の異常を判定する異常判定装置であって、
前記プラズマ生成装置の異常判定を行う際に、前記プラズマ生成装置に印加する電圧を排気浄化のためにプラズマを生成する電圧よりも高い電圧に上昇させる電圧上昇部と、
前記プラズマ生成装置に印加する電圧を上昇させた状態で、前記プラズマ生成装置よりも下流の前記排気通路を流れる排気ガス中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得部と、
NOx濃度が所定の閾値以下の場合に、前記プラズマ生成装置に異常が生じていることを判定する異常判定部と、
を備える、異常判定装置。
The gist of the present disclosure is as follows.
(1) An anomaly judgment device for judging an anomaly of a plasma generation device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine that generates plasma by electric discharge to purify exhaust gas when a voltage is applied, ,
a voltage raising unit for raising the voltage applied to the plasma generation device to a voltage higher than the voltage for generating plasma for exhaust gas purification when performing abnormality determination of the plasma generation device;
a NOx concentration acquisition unit that acquires the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage downstream of the plasma generation device in a state where the voltage applied to the plasma generation device is increased;
an abnormality determination unit that determines that an abnormality has occurred in the plasma generation device when the NOx concentration is equal to or lower than a predetermined threshold;
An abnormality determination device.
本開示によれば、簡素な構成で排気通路に設けられるプラズマ生成装置の異常を判定することが可能な異常判定装置が提供される。 According to the present disclosure, there is provided an abnormality determination device capable of determining abnormality in a plasma generation device provided in an exhaust passage with a simple configuration.
以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same constituent elements.
図1に内燃機関の全体図を示す。この内燃機関は、自動車などの車両に搭載される。なお、内燃機関は、内燃機関とモータを駆動源とするハイブリッド車に搭載されてもよい。図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各気筒の燃焼室2内に配置された点火栓、4は各気筒に燃料、例えば、ガソリンを供給するための燃料噴射弁、5はサージタンク、6は吸気枝管、7は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク5は吸気ダクト8を介して排気ターボチャージャ9のコンプレッサ9aの出口に連結され、コンプレッサ9aの入口は吸入空気量検出器10を介してエアクリーナ11に連結される。吸気ダクト8内にはアクチュエータ13により駆動されるスロットル弁12が配置され、また、吸気ダクト8周りには吸気ダクト8内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ14が配置される。
FIG. 1 shows an overall view of an internal combustion engine. This internal combustion engine is mounted in a vehicle such as an automobile. Note that the internal combustion engine may be mounted in a hybrid vehicle having an internal combustion engine and a motor as drive sources. Referring to FIG. 1, 1 is an engine main body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is a spark plug arranged in the
一方、排気マニホルド7は排気ターボチャージャ9の排気タービン9bの入口に連結され、排気タービン9bの出口は排気管15aを介してプラズマ生成装置16に連結される。プラズマ生成装置16の出口は排気管15bを介して、排気浄化触媒17aを内蔵した触媒コンバータ17に連結される。触媒コンバータ17の出口は排気管15cを介して大気に開放されている。排気浄化触媒17aはプラズマ生成装置16を通過した排気ガスが流入する三元触媒からなる。排気マニホルド7とサージタンク5とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路18を介して互いに連結され、EGR通路18内にはEGR制御弁19が配置される。各燃料噴射弁4は燃料分配管20に連結され、この燃料分配管20は燃料ポンプ21を介して燃料タンク22に連結される。図1に示されるようにサージタンク5には、夫々サージタンク5内の圧力および温度を検出するための圧力センサ23および温度センサ24が配置される。また、排気管15a内には、プラズマ生成装置16へ流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ25と、排気ガス中のHC濃度を検出するためのHC濃度センサ26又は排気ガス中のCO濃度を検出するためのCO濃度センサ26が配置されている。また、排気管15b内には、プラズマ生成装置16から排出されて触媒コンバータ17へ流入する排気ガスのNOx濃度を検出するためのNOx濃度センサ28が配置されている。更に、排気浄化触媒17aには排気浄化触媒17aの温度を検出するための温度センサ27bが配置されている。なお、図1では、内燃機関が排気ターボチャージャ9を備える構成例を示したが、内燃機関は排気ターボチャージャ9を備えていなくてもよい。同様に、内燃機関はEGR通路18を備えていなくてもよい。
On the other hand, the
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。入力ポート35には、吸入空気量検出器10、圧力センサ23、温度センサ24、空燃比センサ25、HC濃度センサ26又はCO濃度センサ26、温度センサ27b、およびNOx濃度センサ28の出力信号が、対応するAD変換器37を介して入力される。アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ41が接続され、負荷センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。CPU34内ではクランク角センサ42の出力信号に基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して点火栓3、燃料噴射弁4、スロットル弁駆動用アクチュエータ13、EGR制御弁19および燃料ポンプ21に接続される。また、出力ポート36は、後述する高周波電源16d、車両に備えられたディスプレイ、スピーカ(不図示)等に接続される。
The
三元触媒からなる排気浄化触媒17aは、HCを酸化させて水と二酸化炭素に、COを酸化させて二酸化炭素に、そしてNOxを還元して窒素と酸素に、それぞれ変換する。このため、排気浄化触媒17bは、触媒成分としてPt(白金)、Pd(パラジウム)、Rh(ロジウム)などの貴金属を有している。
The
図2は、プラズマ生成装置16の構成を示す斜視図である。プラズマ生成装置16は、電圧が印加されると放電によりプラズマを生成して排気を浄化する装置であって、高電圧電極16bと、高電圧電極16bの周囲を囲み、排気がその内部を通過する筒16cと、高周波電源16dとを有する。筒16cは接地されており、接地電極として機能する。なお、プラズマ生成装置16は、高電圧電極16bと筒16cを複数備えるものであってもよい。
FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the
高電圧電極16bには高周波電源16dから高周波の高電圧が印加される。これにより、高電圧電極16bと筒16cとの間にプラズマが発生し、筒16cの中を通過する排気が浄化される。プラズマ生成装置16によれば、三元触媒からなる排気浄化触媒17bが暖気される前においても排気が浄化されるので、特に内燃機関の始動時において排気浄化性能が向上される。
A high frequency voltage is applied to the
より詳細には、高電圧電極16bと接地電極(筒16c)の間に高周波の高電圧が印加されると、放電によって電極を構成する材料の原子から電子が飛び出し、筒16c内において電子が拡散し、筒16c内を流れるNOx等の浄化対象ガスと衝突する。この電子の衝突によってNOx等のガス成分は状態が不安定となり、N2,O2などに分解され易くなり、この結果、排気ガスが浄化される。
More specifically, when a high-frequency high voltage is applied between the high-
ところが、プラズマ生成装置16は、高電圧電極16b、高周波電源16d、または接地電極等に不具合が生じることによって異常(故障)が生じることがある。例えば、高周波電源16dから高電圧電極16bへCPU34の指令に応じた電力が供給されない、供給電力量に応じたプラズマが生成されない等の異常が生じることが想定される。
However, the
本実施形態では、プラズマを生成して排気を浄化するために必要な電圧よりも高い電圧を高電圧電極16bに印加し、そのときに検出される排気中のNOx濃度に基づいてプラズマ生成装置16の異常が判定される。
In this embodiment, a voltage higher than the voltage required to generate plasma and purify the exhaust gas is applied to the high-
ここで、放電を生じさせる際の電極間の電圧を上昇させると、放電電流の増加に伴って原子から飛び出す電子の量が増加する。また、電極間の電圧を上昇させると、原子から飛び出す電子の運動エネルギーが増加する。 Here, when the voltage between the electrodes is increased when the discharge is generated, the amount of electrons ejected from the atoms increases as the discharge current increases. Also, increasing the voltage between the electrodes increases the kinetic energy of electrons ejected from the atoms.
放電電圧と電子の運動エネルギーとの関係に着目すると、放電電圧の上昇に伴って電子の運動エネルギーは増加し、電子と分子が衝突する際のエネルギーが増加する。そして、衝突の際のエネルギーが大きいほど分子を分解する作用が大きくなる。これにより、電圧の上昇に伴って反応のバリエーションは増加する。 Focusing on the relationship between the discharge voltage and the kinetic energy of electrons, the kinetic energy of electrons increases as the discharge voltage increases, and the energy at the time of collision between electrons and molecules increases. The greater the energy of the collision, the greater the effect of decomposing molecules. As a result, the variation in response increases as the voltage increases.
以下に示す式(1)~(3)は、電子の運動エネルギーの増加に伴って発生する反応のバリエーションの例を示しており、反応に必要とされる電子のエネルギーは、式(1)、式(2)、式(3)の順で大きくなる。具体的には、式(1)の反応に必要とされるエネルギーは4.2[eV]程度であり、式(2)の反応に必要とされるエネルギーは6.93[eV]程度であり、式(3)の反応に必要とされるエネルギーは9.0[eV]程度である。 Equations (1) to (3) shown below show examples of variations of reactions that occur with an increase in the kinetic energy of electrons. It becomes larger in the order of formula (2) and formula (3). Specifically, the energy required for the reaction of formula (1) is about 4.2 [eV], and the energy required for the reaction of formula (2) is about 6.93 [eV]. , the energy required for the reaction of formula (3) is about 9.0 [eV].
O2+e→O-+O ・・・(1)
NO+e→N+O+e ・・・(2)
N2+e→N+N+e ・・・(3)
O 2 +e→O − +O (1)
NO+e→N+O+e (2)
N2 +e→N+N+e (3)
例えば、電子のエネルギーが7[eV]の場合は、式(1)、式(2)に示された反応、すなわち、必要とされるエネルギーが7eV以下の反応(O2やNOxの分解)のみが生じる。式(1)によりO2が分解されるとオゾンが発生し、式(2)によりNOxが分解されると、以下の式(4)により窒素が発生する。これにより、排気中のNOxが減少する。 For example, when the electron energy is 7 [eV], only the reactions shown in formulas (1) and (2), i.e., reactions requiring energy of 7 eV or less (decomposition of O 2 and NOx) occurs. When O 2 is decomposed according to equation (1), ozone is generated, and when NOx is decomposed according to equation (2), nitrogen is generated according to the following equation (4). This reduces NOx in the exhaust.
N+N→N2 ・・・(4) N+N→N 2 (4)
一方、電子のエネルギーが9[eV]以上になると、式(1)、式(2)の反応に加えて、式(3)の反応(N2の分解反応)も生じるようになる。式(3)によりN2が分解されると、分解されたNが空気中の酸素と反応し、以下の式(5)によりNOxが生成される。なお、式(5)の反応は、常温でプラズマが無くても進行する。 On the other hand, when the electron energy is 9 [eV] or more, in addition to the reactions of formulas (1) and (2), the reaction of formula (3) (decomposition reaction of N 2 ) also occurs. When N2 is decomposed according to equation (3), the decomposed N reacts with oxygen in the air to produce NOx according to equation (5) below. Note that the reaction of formula (5) proceeds at room temperature without plasma.
N+O2→NOx ・・・(5) N+O 2 →NOx (5)
反応の起こり易さは、電子と衝突する分子の密度(濃度)に依存する。空気中にはN2が70~80%程度存在するため、例えば排気中のNOxの濃度が1%未満の場合、式(2)のNOxの分解反応よりも、式(3)によるN2がN原子に解離する分解反応と、これに続く式(5)のN原子と酸素の反応(NOx生成反応)が優位となる。したがって、放電電圧を上昇させて電子の運動エネルギーを十分に増加させると、排気中のNOx濃度が増加することになる。 The susceptibility to reaction depends on the density (concentration) of molecules colliding with electrons. Since about 70 to 80% of N 2 exists in the air, for example, when the concentration of NOx in the exhaust is less than 1%, N 2 according to formula (3) is more likely than the decomposition reaction of NOx in formula (2). The decomposition reaction dissociating into N atoms and the subsequent reaction between the N atoms and oxygen (NOx generation reaction) of formula (5) are predominant. Therefore, increasing the discharge voltage to sufficiently increase the kinetic energy of the electrons will increase the NOx concentration in the exhaust.
以上に鑑み、本実施形態では、異常判定時に、プラズマを生成して排気を浄化するために必要な電圧よりも、さらに電圧を上昇させることで発生するNOxの濃度を検知し、NOx濃度が閾値以下の場合はプラズマ生成装置16に異常が発生していると判定する。具体的には、放電電圧を上昇させて電子のエネルギーを十分に高くした状態(9eV以上)でNOxの増加を確認できれば、電極の電源は正常に作動しており、プラズマ生成装置16のプラズマ発生機能に異常は生じていないことが判定される。一方、放電電圧を上昇させて電子のエネルギーを十分に高くした状態であっても、NOxの増加を確認でききなければ、プラズマ生成装置16のプラズマ発生機能に異常が生じていることが判定される。
In view of the above, in the present embodiment, at the time of abnormality determination, the concentration of NOx generated by increasing the voltage further than the voltage required to generate plasma and purify the exhaust gas is detected, and the NOx concentration is the threshold value. In the following cases, it is determined that the
図3は、以上のような処理を実現するための電子制御ユニット30のCPU34の機能ブロックを示す模式図である。CPU34は、異常判定装置の一態様であり、運転状態判定部34aと、異常判定モード設定部34bと、電圧上昇部34cと、NOx濃度取得部34dと、異常判定部34eと、通知処理部fと、を有している。CPU34が有するこれらの各部は、例えば、CPU34上で動作するコンピュータプログラムにより実現される機能モジュールである。つまり、CPU34の機能ブロックは、CPU34とこれを機能させるためのプログラム(ソフトウェア)から構成される。また、そのプログラムは、電子制御ユニット30が備えるROM32または外部から接続される記録媒体に記録されていてもよい。あるいは、CPU34が有するこれらの各部は、CPU34に設けられる専用の演算回路であってもよい。
FIG. 3 is a schematic diagram showing functional blocks of the
CPU34の運転状態判定部34aは、内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判定する。ここで、内燃機関の運転状態が安定しているとは、排気中のNOx濃度が安定していることを意味し、例えば内燃機関がアイドリング運転されている場合、または内燃機関が定常運転している場合などに相当する。運転状態判定部34aは、例えば内燃機関がアイドリング運転されている場合、または内燃機関が定常運転している場合に、内燃機関の運転状態が安定していると判定する。なお、内燃機関が定常運転している場合とは、例えば。車両が高速道路上などで定常走行している場合である。NOxの濃度が安定している状態では、NOx濃度センサ28がNOx濃度を検出する際の検出精度が向上される。
An operating
CPU34の異常判定モード設定部34bは、内燃機関の運転状態が安定しており、プラズマ生成装置16の異常を判定する際に、内燃機関の運転モードを異常判定モードに設定する。内燃機関の運転モードが異常判定モードに設定されると、内燃機関に吸入される混合気の空燃比が燃料リッチまたはストイキに設定される。また、内燃機関の運転モードが異常判定モードに設定されると、燃料噴射弁4からの燃料噴射が停止され、フューエルカットが行われる。
The abnormality determination
内燃機関の運転状態が安定している状態で、混合気の空燃比が燃料リッチまたはストイキに設定されると、機関本体1から排出される排気中のNOx量が抑制される。特に、空燃比が燃料リッチに設定されると、排気中にNOxが殆ど含まれなくなる。また、フューエルカットが行われると、機関本体1から排出される排気中のNOx濃度は0となる。したがって、異常判定モードでは、プラズマ生成装置16での放電電圧の上昇により発生したNOxの濃度が精度よく検出可能となる。特に、フューエルカットを行った場合は、排気中のNOx濃度が0になることから、放電電圧の上昇により発生したNOxの濃度が高精度に検出され、異常判定の精度も向上される。また、フューエルカット時は排気中のO2濃度が高いため、プラズマによるNOx生成量が多くなり、NOx濃度の検出精度が向上する。
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to fuel-rich or stoichiometric while the operating state of the internal combustion engine is stable, the amount of NOx in the exhaust gas emitted from the engine body 1 is suppressed. In particular, when the air-fuel ratio is set to fuel-rich, almost no NOx is contained in the exhaust gas. Further, when the fuel cut is performed, the NOx concentration in the exhaust gas discharged from the engine body 1 becomes zero. Therefore, in the abnormality determination mode, the concentration of NOx generated by the increase in the discharge voltage in the
なお、ハイブリッド車の場合は、内燃機関をアイドリング運転した場合であっても、運転の負荷はバッテリの電力により駆動されるモータの駆動力が担うことができる。したがって、ハイブリッド車の場合は、過渡走行中に異常判定モードに設定されてもよい。 In the case of a hybrid vehicle, even when the internal combustion engine is idling, the driving force of the motor driven by the electric power of the battery can bear the driving load. Therefore, in the case of a hybrid vehicle, the abnormality determination mode may be set during transient running.
CPU34の電圧上昇部34cは、プラズマ生成装置16の異常判定を行う際に、プラズマ生成装置16の高電圧電極16bに印加する電圧を排気浄化のためにプラズマを生成する電圧よりも高い電圧に上昇させる。具体的には、電圧上昇部34cは、高周波電源16dが高電圧電極16bに印加する電圧を、上述した式(1)、式(2)の反応が生じる通常時の電圧よりも高い電圧であって、式(3)の反応が生じる電圧まで上昇させる。これにより、プラズマ生成装置16において、式(3)、式(5)の反応によりNOxが生成される。
The
電圧上昇部34cが高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させた後の電圧値は、内燃機関の運転状態に応じて異なる。内燃機関がアイドリング状態の場合、排気の量が比較的少ないことから、電圧上昇後の電圧値は比較的低い値に設定される。一方、車両が高速道路上などで定常走行している場合は、排気の量が比較的多いことから、電圧上昇後の電圧値は比較的高い値に設定される。また、電圧の上昇量もアイドリング状態に比べて高速道路の定常走行時の方が大きくなる。上昇後の電圧値は、例えば、内燃機関の運転状態(機関回転数、負荷(アクセル開度)、冷却水温等)と電圧値との関係を規定したマップから算出される。
The voltage value after the
なお、電圧上昇前の電圧値、すなわち排気浄化のためにプラズマを生成する電圧も内燃機関の運転状態に応じて異なる。内燃機関の負荷が低い場合は、排気の量が比較的少ないことから、排気浄化のためにプラズマを生成する電圧値は比較的低い値に設定される。一方、内燃機関の負荷が高い場合は、排気の量が比較的多いことから、排気浄化のためにプラズマを生成する電圧値は比較的高い値に設定される。排気浄化のためにプラズマを生成する電圧値も、内燃機関の運転状態と電圧値との関係を規定したマップから算出される。 Note that the voltage value before the voltage rise, that is, the voltage for generating plasma for purifying exhaust gas also differs according to the operating state of the internal combustion engine. When the load of the internal combustion engine is low, the amount of exhaust gas is relatively small, so the voltage value for generating plasma is set to a relatively low value in order to purify the exhaust gas. On the other hand, when the load of the internal combustion engine is high, the amount of exhaust gas is relatively large, so the voltage value for generating plasma is set to a relatively high value for purifying the exhaust gas. A voltage value for generating plasma for purifying exhaust gas is also calculated from a map that defines the relationship between the operating state of the internal combustion engine and the voltage value.
CPU34のNOx濃度取得部34dは、電圧上昇部34cがプラズマ生成装置16の高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させた状態で、プラズマ生成装置16よりも下流の排気通路を流れる排気ガス中のNOx濃度を取得する。具体的には、NOx濃度取得部34dは、NOx濃度センサ28が検出したNOx濃度を取得する。
The NOx
CPU34の異常判定部34eは、NOx濃度が所定の閾値以下の場合に、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定する。具体的には、異常判定部34eは、NOx濃度取得部34dが取得したNOx濃度と所定の閾値とを比較し、NOx濃度が所定の閾値以下の場合に、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定する。一方、異常判定部34eは、NOx濃度が所定の閾値を超えている場合に、プラズマ生成装置16が正常であると判定する。
The
上述したように、内燃機関の運転モードが異常判定モードに設定された状態では、機関本体1から排出される排気中のNOx濃度が抑制されている。したがって、NOx濃度センサ28が検出したプラズマ生成装置16よりも下流の排気通路を流れる排気ガス中のNOx濃度が所定の閾値を超えている場合、検出されたNOxはプラズマによる式(3)のN2の分解反応とこれに続く式(5)の反応に起因するものと考えることができる。したがって、異常判定モードに設定された状態でNOx濃度が所定の閾値を超えている場合は、プラズマ生成装置16が正常にプラズマを発生しているため、プラズマ生成装置16が正常であることが判定される。
As described above, when the operation mode of the internal combustion engine is set to the abnormality determination mode, the NOx concentration in the exhaust gas emitted from the engine body 1 is suppressed. Therefore, when the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage downstream of the
一方、異常判定モードに設定された状態でNOx濃度が所定の閾値以下の場合は、式(3)のN2の分解反応とこれに続く式(5)の反応が十分に行われておらず、プラズマ生成装置16によるプラズマの生成に何らかの異常が発生していると認められる。したがって、この場合はプラズマ生成装置16に異常が生じていることが判定される。
On the other hand, when the NOx concentration is equal to or less than the predetermined threshold value when the abnormality determination mode is set, the N2 decomposition reaction of formula (3) and the subsequent reaction of formula (5) are not sufficiently performed. , it is recognized that some abnormality has occurred in plasma generation by the
式(3)、式(5)によるNOxの生成反応、すなわちプラズマによるNOxの生成反応は、触媒が関与しない反応であるため、触媒作用に関わらず、NOx濃度センサ28が検出した検出したNOx濃度のみに基づいてプラズマ生成装置16の異常を判定することが可能となる。したがって、簡素な構成でプラズマ生成装置16の異常を判定することができるため、ハード構成やCPU34の処理負荷、回路構成が簡素化され、異常判定に係る製造コストも低減される。
Since the NOx generation reaction according to equations (3) and (5), that is, the NOx generation reaction by plasma, is a reaction that does not involve a catalyst, the NOx concentration detected by the
異常判定部34eがNOx濃度と比較する所定の閾値は、例えば予め実験等により定められた値とされる。所定の閾値は、内燃機関の運転状態に応じて変更されるものであってもよい。上述したように、内燃機関がアイドリング運転されている場合、排気の量が比較的少ないことから、高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させた際に式(3)、式(5)により発生するNOx量は比較的少なくなる。一方、車両が高速道路上などで定常走行している場合は、排気の量が比較的多いことから、高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させた際に発生するNOx量は比較的多くなる。したがって、NOx濃度と比較される所定の閾値は、アイドリング運転時よりも定常走行時の方が大きくてよい。所定の閾値は、内燃機関の運転状態と所定の閾値との関係を規定したマップから算出される。
The predetermined threshold with which the
また、異常判定部34eは、内燃機関の運転状態に応じて機関本体1から排出されるNOx量を推定し、NOx濃度取得部34dが取得したNOx濃度から推定したNOx量に相当するNOx濃度を現在し、減算後のNOx濃度と所定の閾値を比較してもよい。これにより、減算後のNOx濃度には機関本体1から排出されるNOxの濃度が含まれておらず、減算後のNOx濃度はプラズマ生成装置16が発生したNOxのみの濃度となるため、異常判定モードで空燃比をストイキに設定した場合など機関本体1からNOxが排出される場合であっても、プラズマ生成装置16が発生したNOxの濃度のみが高精度に求まる。したがって、減算後のNOx濃度と所定の閾値を比較することで、プラズマ生成装置16の異常がより高精度に判定される。なお、機関本体1から排出されるNOx量は、例えば機関回転数、運転負荷(アクセル開度)、冷却水温等とNOx量との関係を規定したマップから算出される。
Further, the
なお、異常判定部34eは、高電圧電極16bに印加する電圧を上昇することができない場合に、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定してもよい
Note that the
CPU34の通知処理部34fは、異常判定部34eがプラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定すると、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを車両のドライバに通知する。具体的には、通知処理部34fは、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを車両内に備えられたディスプレイ又はスピーカを介してドライバに通知するための処理を行う。なお、車両が外部のサーバ等と通信可能に構成されている場合、通知処理部34fは、メール、SNS等を介してプラズマ生成装置16に異常が生じていることをドライバに通知してもよい。
The
図4は、CPU34が行う処理を示すフローチャートである。図4に示す処理は、CPU34において、所定の制御周期毎に行われる。先ず、CPU34の運転状態判定部34aが、内燃機関の運転状態が安定しているか否かを判定する(ステップS10)。例えば、運転状態判定部34aは、内燃機関がアイドリング運転されている場合、または車両が高速道路上を走行している場合など内燃機関が定常運転をしている場合に、内燃機関の運転状態が安定していると判定する。内燃機関の運転状態が安定している場合はステップS12へ進む。一方、内燃機関の運転状態が安定していない場合は、機関本体1から排出される排気ガス中に含まれるNOxの量が比較的多く、NOx濃度に基づくプラズマ生成装置16の異常判定の精度が低くなるため、以降の処理に進むことなく本制御周期における処理は終了する。
FIG. 4 is a flow chart showing the processing performed by the
ステップS10で内燃機関の運転状態が安定していると判定されると、CPU34の異常判定モード設定部34bが、内燃機関の運転モードを異常判定モードに設定する(ステップS12)。内燃機関の運転モードが異常判定モードに設定されると、内燃機関に吸入される混合気の空燃比が燃料リッチに制御される。なお、異常判定モードでは、空燃比がストイキに設定されてもよいし、フューエルカットが行われてもよい。
When it is determined in step S10 that the operating state of the internal combustion engine is stable, the abnormality determination
次に、CPU34の電圧上昇部34cが、高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させることが可能であるか否かを判定し(ステップS14)、電圧を上昇させることが可能な場合は、ステップS16へ進む。ステップS16では、電圧上昇部34cが、高電圧電極16bに印加する電圧を排気浄化のためにプラズマを生成する電圧よりも高い電圧に上昇させる。
Next, the
次に、異常判定部34eが、NOx濃度取得部34dが取得したNOx濃度と所定の閾値Ncとを比較し、NOx濃度が閾値Ncを超えているか否かを判定する(ステップS18)。NOx濃度が閾値Ncを超えている場合、異常判定部34eが、プラズマ生成装置16が正常であると判定する(ステップS20)。
Next, the
一方、ステップS18において、NOx濃度が閾値Ncを超えていない場合、異常判定部34eが、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定する(ステップS22)。次に、CPU34の通知処理部34fが、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを車両のドライバに通知する(ステップS24)。ステップS24の後、本制御周期における処理は終了する。
On the other hand, if the NOx concentration does not exceed the threshold value Nc in step S18, the
また、ステップS14において、高電圧電極16bに印加する電圧を上昇させることができない場合、異常判定部34eが、プラズマ生成装置16に異常が生じていることを判定する(ステップS22)。
Further, in step S14, when the voltage applied to the high-
以上説明したように本実施形態によれば、プラズマ生成装置16の高電圧電極16bに印加する電圧を排気浄化のためにプラズマを生成する電圧よりも高い電圧に上昇させ、排気中のNOx濃度が所定の閾値以下の場合にプラズマ生成装置16に異常が生じていることが判定される。したがって、簡素な構成で排気通路に設けられるプラズマ生成装置16の異常を判定することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the voltage applied to the high-
16 プラズマ生成装置
34 CPU
34c 電圧上昇部
34d NOx濃度取得部
34e 異常判定部
16
34c
Claims (1)
前記プラズマ生成装置の異常判定を行う際に、前記プラズマ生成装置に印加する電圧を排気浄化のためにプラズマを生成する電圧よりも高い電圧に上昇させる電圧上昇部と、
前記プラズマ生成装置に印加する電圧を上昇させた状態で、前記プラズマ生成装置よりも下流の前記排気通路を流れる排気ガス中のNOx濃度を取得するNOx濃度取得部と、
NOx濃度が所定の閾値以下の場合に、前記プラズマ生成装置に異常が生じていることを判定する異常判定部と、
を備える、異常判定装置。 An abnormality determination device for determining an abnormality of a plasma generation device provided in an exhaust passage of an internal combustion engine that generates plasma by electric discharge when a voltage is applied to purify exhaust gas,
a voltage raising unit for raising the voltage applied to the plasma generation device to a voltage higher than the voltage for generating plasma for exhaust gas purification when performing abnormality determination of the plasma generation device;
a NOx concentration acquisition unit that acquires the NOx concentration in the exhaust gas flowing through the exhaust passage downstream of the plasma generation device in a state where the voltage applied to the plasma generation device is increased;
an abnormality determination unit that determines that an abnormality has occurred in the plasma generation device when the NOx concentration is equal to or lower than a predetermined threshold;
An abnormality determination device.
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